Сердце толстеет от недостатка белка

Гипертрофия сердечной мышцы (увеличение массы и размеров сердца) -- это компенсаторная реакция миокарда, которая развивается в ответ на повышенную нагрузку. Рост сердечной мышцы могут вызвать анатомические патологии, артериальная гипертензия или физические упражнения. Если сердце слишком упитанное или некоторые его части неправильно работают – развиваются аритмия и сердечная недостаточность. Но физиологическая (приспособительная) гипертрофия – более или менее здоровый процесс, который не вызывает столь тяжких последствий. Поэтому различия в клеточно-молекулярных механизмах, которые «откармливают» сердце при патологиях и адаптациях, имеют важное клиническое значение.

Сердце набирает вес

Клетки взрослой сердечной мышцы (кардиомиоциты) имеют ограниченные способности к размножению. Резервные возможности «включаются» в случаях крайней необходимости – при восстановлении органа после внутренней травмы (например, после инфаркта). Ученые знают о нескольких молекулах, которые активизируют размножение сердечных клеток, в том числе и при гипертрофии сердечной мышцы. В предшествующих исследованиях биологи выяснили, что в процессы патологической гипертрофии сердечной мышцы вовлечены факторы транскрипции -- белки, которые переносят информацию с ДНК на мРНК и таким способом «читают и интерпретируют» закодированный текст. А в остальном механизмы размножения кардиомиоцитов остаются неизученными и не вполне понятными.

Исследователи из США под руководством Понтаса Бострема (Pontus Boström) из Гарварда изучили молекулярно-клеточные механизмы гипертрофии миокарда на примере мышей, которые выполняли регулярные упражнения на физическую выносливость. Пока мыши тренировались, исследователи фиксировали концентрацию (уровень экспрессии) всех транскрипционных факторов и белков. Ученые выяснили, что в результате физических упражнения кардиомиоциты увеличиваются в размере почти в полтора раза (соответственно, увеличивается и масса сердца). При этом не происходит никаких детектируемых изменений ангиогенеза (процесса формирования новых сосудов) или перерождения клеток. Зато в клетках тренирующихся мышей оказалось значительно больше молекул, которые запускают процессы роста и размножения клеток. Также у тренирующихся мышей на треть (по сравнению с пассивными грызунами) повысилась плотность ядер кардиомиоцитов. То есть кардиомиоциты активно тренирующихся животных размножаются и растут интенсивнее по сравнению с такими же клетками физически пассивных животных. Что, в общем-то, уже известно и спортсменам, и медикам.

В следующем эксперименте ученые сpавнили активно размножающиеся кардиомиоциты мышей-спортсменов и тех, у кого гипертрофия сердца была связана с патологиями сосудистой системы. В клетках сердца тренированных мышей ученые обнаружили 175 генов, работающих сверх нормы. В больных клетках таких генов оказалось 96, причем они лишь изредка (не более 1% полинуклеотидов) совпадали с генами по-здоровому упитанных и размножившихся кардиомиоцитов. Это означает, что больные и здоровые сердца «набирают вес» по-разному. Генетики нашли и виновников «здоровой полноты сердца»: белки (факторы транскрипции) C/EBPβ и CITED. При физической нагрузке количество C/EBPβ снижается, а CITED – повышается. Ученые выяснили, что у трансгенных животных с дефицитом C/EBPβ сердце не болеет даже при высоком давлении (гипертонии).

«Белок C/EBPβ сдерживает рост и размножение кардиомиоцитов во взрослом сердце млекопитающих. Пока мы не знаем, работает ли он точно так же в человеческом сердце. Но, несомненно, полученные результаты найдут применение в клинической практике», -- пишут исследователи в статье C/EBPβ Controls exercise-indused cardiac growths and protects against pathological cardiac remodeling, опубликованной в журнале Cell.